李生軍，賈宏慶，何小林

（1.天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院，甘肅蘭州 730060；2.長(zhǎng)慶油田公司建設(shè)工程處，陜西西安 710086）

用于三層PE防腐管環(huán)形包覆作業(yè)的復(fù)合機(jī)頭研制

李生軍1，賈宏慶1，何小林2

（1.天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院，甘肅蘭州 730060；2.長(zhǎng)慶油田公司建設(shè)工程處，陜西西安 710086）

為減少機(jī)頭在三層PE防腐管環(huán)形包覆生產(chǎn)線中的占位長(zhǎng)度，研制了雙層復(fù)合機(jī)頭以代替兩個(gè)單機(jī)頭。雙層復(fù)合機(jī)頭有兩個(gè)獨(dú)立的進(jìn)料口和兩套獨(dú)立的管狀成型流道，內(nèi)外流道同心布置，外流道的芯模兼作內(nèi)流道的外模，PE層和底膠層在一個(gè)復(fù)合機(jī)頭內(nèi)部隔絕空氣復(fù)合，復(fù)合層在真空負(fù)壓作用下包覆于涂有環(huán)氧粉末的鋼管。采用雙層復(fù)合機(jī)頭后，機(jī)頭在生產(chǎn)線中的占位長(zhǎng)度減少為40﹪，也使層間粘接強(qiáng)度增加，制造成本和運(yùn)行成本降低。

小口徑鋼管；三層PE防腐；雙層復(fù)合機(jī)頭；研制

目前，國(guó)內(nèi)許多廠家采用環(huán)形包覆加真空負(fù)壓對(duì)小口徑鋼管進(jìn)行三層PE防腐，環(huán)形包覆工藝普遍采用兩套單層機(jī)頭分別配置真空負(fù)壓裝置的方案，針對(duì)該方案在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，我們經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，完成了小口徑三層PE防腐管環(huán)形包覆用復(fù)合機(jī)頭的研制工作。

1 現(xiàn)有技術(shù)及存在的問(wèn)題

目前，國(guó)內(nèi)采用的環(huán)形包覆鋼管三層PE防腐層成型工藝如圖1所示。

環(huán)形包覆時(shí)，鋼管直行不旋轉(zhuǎn)，依次通過(guò)噴粉箱、底膠機(jī)頭、PE機(jī)頭和噴淋冷卻裝置完成包覆成型。底膠機(jī)頭和PE機(jī)頭為單層管接頭，分別擠出底膠管和PE管包覆于涂有環(huán)氧粉末的鋼管外表面，每個(gè)機(jī)頭配置單獨(dú)的真空負(fù)壓裝置，采用抽真空負(fù)壓的方式排出層間氣泡并實(shí)現(xiàn)層間壓實(shí)。

現(xiàn)有技術(shù)采用兩套機(jī)頭、兩套真空負(fù)壓裝置，在底膠機(jī)頭和PE真空負(fù)壓裝置之間必須留出操作空間，整套裝置在傳動(dòng)線上占位很長(zhǎng)，而噴粉之后到噴淋冷卻之前防腐層處于軟化狀態(tài)不能設(shè)置支撐輥，這樣使得支撐輥在該處的跨度很大，鋼管運(yùn)行時(shí)擺動(dòng)量很大，很容易和機(jī)頭或真空負(fù)壓裝置的內(nèi)孔刮蹭，引起產(chǎn)品報(bào)廢。

由于環(huán)形包覆不能像側(cè)纏繞一樣加碾壓輥碾壓，只能通過(guò)抽負(fù)壓排除層間氣泡。由于負(fù)壓對(duì)包覆層施加的壓強(qiáng)遠(yuǎn)小于輾壓輥，往往使層間遺留有少量氣泡，影響層間粘接強(qiáng)度。

2 復(fù)合機(jī)頭結(jié)構(gòu)及參數(shù)選擇

復(fù)合機(jī)頭結(jié)構(gòu)如圖2所示。該機(jī)頭屬于直角式雙層復(fù)合管機(jī)頭，PE和底膠分別由各自的進(jìn)料口進(jìn)入復(fù)合機(jī)頭，通過(guò)復(fù)合機(jī)頭內(nèi)的流道分配各自形成管狀，內(nèi)外兩層管同心布置，在平直段的出口處復(fù)合為一層擠出成型。外層的芯模被內(nèi)外兩層共用，充當(dāng)內(nèi)層的外模，內(nèi)外兩層的進(jìn)料口沿機(jī)頭軸向錯(cuò)開(kāi)布置，內(nèi)外層設(shè)置單獨(dú)的調(diào)節(jié)環(huán)分別調(diào)節(jié)每一層的厚度均勻性。

機(jī)頭外層流道為PE層，主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的選取與單機(jī)頭類似，只是在平直段的出口部分向內(nèi)收縮和內(nèi)流道匯合形成復(fù)合段。該復(fù)合段的厚度應(yīng)增加底膠層的厚度，該復(fù)合段的長(zhǎng)度太短時(shí)會(huì)影響底膠層成型，太長(zhǎng)時(shí)會(huì)影響底膠層出料，甚至出現(xiàn)間歇出料的現(xiàn)象。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，復(fù)合段的長(zhǎng)度和厚度之比取2～6，根據(jù)PE和底膠在擠出溫度下的熔體指數(shù)選取。復(fù)合段收縮角A也根據(jù)PE和底膠在擠出溫度下的熔體指數(shù)選取，收縮角大則底膠出料阻力加大，收縮角小則機(jī)頭總長(zhǎng)度增加，一般取收縮角A為 60°～ 90°。

機(jī)頭內(nèi)層流道為底膠層，內(nèi)流道的壓縮比和壓縮角均按單機(jī)頭選取，內(nèi)流道平直段的長(zhǎng)度按復(fù)合機(jī)頭結(jié)構(gòu)選取，由于受結(jié)構(gòu)限制，只能選取較大值，內(nèi)流道平直段太長(zhǎng)時(shí)，使底膠流動(dòng)阻力增加，為減少平直段長(zhǎng)度，可以適當(dāng)減小內(nèi)流道的壓縮角。內(nèi)流道平直段出口進(jìn)入復(fù)合段與外流道匯合，從復(fù)合段擠出的是PE和底膠的復(fù)合層。

復(fù)合機(jī)頭配置一套真空負(fù)壓裝置，真空負(fù)壓裝置的結(jié)構(gòu)及安裝方式與單機(jī)頭相同，真空室內(nèi)的真空度可以平滑地調(diào)節(jié)，以適應(yīng)復(fù)合層成型，便于排出復(fù)合層內(nèi)氣體，提高粘接強(qiáng)度。

復(fù)合機(jī)頭采用內(nèi)外同時(shí)加熱方式，外圓面采用電阻加熱圈加熱，芯模采用插入棒式內(nèi)加熱器。加熱棒的安裝位置要特別注意，因?yàn)榧訜岚舻妮S線方向和底膠在平直段的出料方向相同，如果加熱棒太靠近流道并且加熱棒彼此相距太遠(yuǎn)時(shí)，流道表面的溫度會(huì)呈現(xiàn)條狀分布，影響出料的均勻性。為保證底膠出料的均勻性，加熱棒插孔不要深入到底膠的平直段部分，這樣在結(jié)構(gòu)布置時(shí)也比較合理。

3 復(fù)合機(jī)頭的特點(diǎn)

在三層PE防腐管環(huán)形包覆生產(chǎn)中采用復(fù)合機(jī)頭代替兩個(gè)單機(jī)頭具有以下特點(diǎn)：

（1）真空負(fù)壓裝置、機(jī)頭支撐裝置、加熱溫控系統(tǒng)均由兩套減少為一套。

（2）復(fù)合機(jī)頭總體尺寸比一個(gè)單機(jī)頭略大，但由于減少了一個(gè)機(jī)頭、一套真空負(fù)壓裝置，并且節(jié)省了兩個(gè)單機(jī)頭之間的操作空間，使復(fù)合機(jī)頭在傳動(dòng)線上的占位長(zhǎng)度大幅度減少，約為單機(jī)頭的40﹪。

（3）單機(jī)頭包覆時(shí)，PE層與底膠層之間、底膠層與環(huán)氧粉末涂層之間都是外部復(fù)合，雖然施加了真空負(fù)壓，但也可能留有少量氣泡，影響了粘接強(qiáng)度。采用復(fù)合機(jī)頭時(shí)，PE層與底膠層之間是在機(jī)頭內(nèi)部復(fù)合，完全隔絕了空氣，不可能存在層間氣泡。PE層與底膠層復(fù)合后，復(fù)合層厚度增加，可以施加較大的負(fù)壓，有利于排出復(fù)合層與環(huán)氧粉末涂層之間的氣泡，使粘接強(qiáng)度提高。

（4）復(fù)合機(jī)頭的綜合成本遠(yuǎn)低于兩個(gè)單機(jī)頭。

（5）由于PE與底膠在復(fù)合機(jī)頭內(nèi)部復(fù)合，在整個(gè)擠出包覆過(guò)程中底膠不可見(jiàn)。一旦底膠出料異常，只能在切管時(shí)發(fā)現(xiàn)，這使得發(fā)現(xiàn)故障滯后，導(dǎo)致廢品增加。所以，在每次切管時(shí)，必須通過(guò)顏色判斷底膠出料情況。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前，已經(jīng)加工三層PE防腐管環(huán)形包覆用復(fù)合機(jī)頭六套，適應(yīng)管徑32～377 mm，經(jīng)過(guò)兩年多的實(shí)際生產(chǎn)證明，在小口徑鋼管三層PE防腐層生產(chǎn)中，采用復(fù)合機(jī)頭方案，降低了制造成本和運(yùn)行成本，生產(chǎn)線調(diào)整方便，鋼管與機(jī)頭內(nèi)孔刮蹭現(xiàn)象減少，產(chǎn)品廢品率低。產(chǎn)品經(jīng)檢驗(yàn)，層間氣泡少，粘接強(qiáng)度高，質(zhì)量完全符合SY／T0413-2002標(biāo)準(zhǔn)的要求。

[1]周大博，史福忠，陳文舉.小口徑三層PE防腐管圓模負(fù)相包覆成型裝置[J].石油工程建設(shè)，2004,30（1）：44-46.

[2]賈潤(rùn)禮，趙光星.新型塑料擠出機(jī)頭設(shè)計(jì)[M].（第1版）.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2007.

[3]張嗣伋，賈宏慶，李生軍.鋼管防腐雙層復(fù)合式擠出包覆機(jī)頭[P].中國(guó)專利：ZL200520006581.6，2007-01-24.

Development of 3PE Anticorrosion Pipe Circular Coating Compound Mould

LI Sheng-jun（Tianhua Chemical Machinery and Automatization Research and Design Institute,Lanzhou 730060,China），JIA Hong-qing,HE Xiao-lin

Instead of single mould,a double-layer compound mould is developed to reduce the length that a mould occupies in 3PE anticorrosion pipe circle coating production line.The double-layer compound mould has two independent feed ports and two independent tubular shaping channels.The inner and outer channels are placed concentrically,which allows the kernel model of the outer channel to act as the outer model of the inner channel.PE-layer and glue layer are composed isolated from air inside a compound mould,at the same time the compound layer is wrapped up on the epoxy-powder-coated steel pipe by means of underpressure action.Now the double-layer compound mould occupies 40%length of the original in production line,increases coherence strength between layers,and also reduces production and operation costs.

small diameter pipe;3PE;anticorrosion pipe;double-layer compound mould;development

TE988

B

1001－2206（2011）06－0039－02

李生軍 （1961-），男，內(nèi)蒙古額濟(jì)納旗人，高級(jí)工程師，1986年畢業(yè)于蘭化職工大學(xué)化工機(jī)械專業(yè)，現(xiàn)主要從事管道防腐保溫設(shè)備設(shè)計(jì)及研究工作。

2011-03-02